With the rapid development of flexible wearable electronics, a piezoresistive sensor with low detection limit and wide strain sensing range turns out to be a great challenge for its application in this field. Here, a cracked cellulose nanofibril/silver nanowire (CA) layer-coated polyurethane (PU) sponge was acquired through a simple dip-coating process followed by precompression treatment. The electrical conductivity and mechanical property of the conductive CA@PU sponge could be effectively tuned through changing the dip-coating number. As a piezoresistive sensor, the sponge exhibited the capability of detecting both small and large motions over a wide compression strain range of 0-80%. Based on the "crack effect", the sensor possessed a detection limit as low as 0.2% and the gauge factor [GF, GF = (Δ R/ R0)/ε, where Δ R, R0, and ε represent the instantaneous resistance change, original resistance, and strain applied, respectively] was as high as 26.07 in the strain range of 0-0.6%. Moreover, the "contact effect" enabled the sensor to be applicable for larger strain, and the GF decreased first and then became stable with increasing compression strain. In addition, frequency- and strain-dependent sensing performances were observed, demonstrating that the sensor can respond reliably to different applied frequencies and strains. Furthermore, the sensor displayed exceptional stability, repeatability, and durability over 500 cycles. Finally, the sensor could be applicable for the detection of various human bodily motions, such as phonation, stamping, knee bending, and wrist bending. Most importantly, the sponge also exhibited great potential for the fabrication of artificial electronic skin. Herein, the conductive CA@PU sponge will undoubtedly promote the development of high-performance flexible wearable electronics.

A novel method to adjust the composition of a material while maintaining its morphology was described in this study. Nickel sulfide, the material investigated in this work, was found to be useful as a high surface area electrode material for supercapacitor applications. First, a nest-like Ni3S2@NiS composite electrode with 1D nanorod as structural unit was synthesized by simultaneously using Ni foam as template and Ni as a source through a one-step in situ growth method. Co and Se ions, which respectively acted as beneficial cation and anion, were successfully introduced into the nest-like Ni3S2@NiS material, resulting in the formation of Ni3S2@Co9S8 and NiS@NiSe2 composite electrodes with structures similar to those of the parent materials. The material structure was virtually retained and single-crystal-to-single-crystal transformation was achieved in the process. Introducing the cation and anion into the same type of material while maintaining topology could be important for the field of material synthesis and preparation of supercapacitor electrodes. Moreover, the electrochemical properties of these three materials were studied by cyclic voltammetry measurements and galvanostatic charge–discharge tests. The results indicated that the rate performance was improved significantly by ion exchange. In particular, the derived electrode with Se still showed superior oxidation and reduction ability at high scan rate of 10000 mV s–1. In addition, the second charge–discharge specific capacity also increased from 516 F g–1 to 925 F g–1 and 1412 F g–1 at the current density of 0.5 A g–1 and by Co and Se exchange, respectively. This work contributes to the knowledge on electrode materials for supercapacitors and can provide good reference for the fabrication of desired materials.

Wearable pressure sensors are in great demand with the rapid development of intelligent electronic devices. However, it is still a huge challenge to obtain high-performance pressure sensors with high sensitivity, wide response range, and low detection limit simultaneously. Here, a polyimide (PI)/carbon nanotube (CNT) composite aerogel with the merits of superelastic, high porosity, robust, and high-temperature resistance was successfully prepared through the freeze drying plus thermal imidization process. Benefiting from the strong chemical interactions between PI and CNT and stable electrical property, the composite aerogel exhibits versatile and superior brilliant sensing performance, which includes wide sensing range (80% strain, 61 kPa), ultrahigh sensitivity (11.28 kPa-1), ultralow detection limit (0.1% strain, <10 Pa), fast response time (50 ms) and recovery time (70 ms), remarkable long-term stability (1000 cycles), and exceptional detection ability toward different deformations (compression, distortion, and bending). Furthermore, the composite aerogel also shows stable sensing performance after annealing under different high temperatures and good thermal insulation property, making it workable in various harsh environments. As a result, the composite aerogel is suitable for the full-range human motion detection (including airflow, pulse, vocal cord vibration, and human movement) and precise detection of the pressure distribution when it is assembled into E-skin, demonstrating its great potential to serve as a high-performance wearable pressure sensor.

Flexible strain sensors have attracted tremendous interest due to their potential application as intelligent wearable sensing devices. Among them, crack-based flexible strain sensors have been studied extensively owing to their ultrahigh sensitivity. Nevertheless, the detection range of a crack-based sensor is quite narrow, limiting its application. In this work, a stretchable strain sensor based on a designed crack structure was fabricated by spray-coating carbon nanotube (CNT) ink onto an electrospun thermoplastic polyurethane (TPU) fibrous mat and prestretching treatment to overcome the trade-off relationship. Our sensor exhibited combined features of high sensitivity in a greatly widened workable sensing range [a gauge factor of 428.5 within 100% strain, 9268.8 for a strain of 100-220%, and larger than 83982.8 for a strain of 220-300%], a fast response time (about 70 ms), superior durability (>10 000 stretching-releasing cycles), and excellent response toward bending. The microstructural evolution of CNT branches extending from two edges of the cracks and the excellent stretchability of TPU fibrous mats are mainly related to the remarkable sensing properties. Our sensor is then assembled to detect various human motions and physical vibrational signals, demonstrating its potential applications in intelligent devices, electronic skins, and wearable healthcare monitors.

Sodium-ion batteries (SIBs) have gained tremendous interest for grid scale energy storage system and power energy batteries. However, the current researches of anode for SIBs still face the critical issues of low areal capacity, limited cycle life, and low initial coulombic efficiency for practical application perspective. To solve this issue, a kind of hierarchical 3D carbon-networks/Fe7 S8 /graphene (CFG) is designed and synthesized as freestanding anode, which is constructed with Fe7 S8 microparticles well-welded on 3D-crosslinked carbon-networks and embedded in highly conductive graphene film, via a facile and scalable synthetic method. The as-prepared freestanding electrode CFG represents high areal capacity (2.12 mAh cm-2 at 0.25 mA cm-2 ) and excellent cycle stability of 5000 cycles (0.0095% capacity decay per cycle). The assembled all-flexible sodium-ion battery delivers remarkable performance (high areal capacity of 1.42 mAh cm-2 at 0.3 mA cm-2 and superior energy density of 144 Wh kg-1 ), which are very close to the requirement of practical application. This work not only enlightens the material design and electrode engineering, but also provides a new kind of freestanding high energy density anode with great potential application prospective for SIBs.

Recently, a paper-based (PB) strain sensor has turned out to be an ideal substitute for the polymer-based one because of the merits of renewability, biodegradability, and low cost. However, the hygroexpansion and degradation of the paper after absorbing water are the great challenges for the practical applications of the PB strain sensor. Herein, the superhydrophobic electrically conductive paper was fabricated by simply dip-coating the printing paper into the carbon black (CB)/carbon nanotube (CNT)/methyl cellulose suspension and hydrophobic fumed silica (Hf-SiO2) suspension successively to settle the problem. Because of the existence of ultrasensitive microcrack structures in the electrically conductive CB/CNT layer, the sensor was capable of detecting an ultralow strain as low as 0.1%. During the tension strain range of 0–0.7%, the sensor exhibited a gauge factor of 7.5, almost 3 times higher than that of the conventional metallic-based sensors. In addition, the sensor displayed frequency-independent and excellent durability and reproductivity over 1000 tension cycles. Meanwhile, the superhydrophobic Hf-SiO2 layer with a micro–nano structure and low surface energy endowed the sensor with outstanding waterproof and self-cleaning properties, as well as great sustainability toward cyclic strain and harsh corrosive environment. Finally, the PB strain sensor could effectively monitor human bodily motions such as finger/elbow joint/throat movement and pulse in real time, especially for the wet or rainy conditions. All these pave way for the fabrication of a high-performance PB strain sensor.

Copper sulfide (CuS) concave polyhedral superstructures (CPSs) have been successfully prepared in an ethanolic solution by a simple solvothermal reaction without the use of surfactants or templates. Two typical well defined, high symmetry CuS concave polyhedrons, forming a concave truncated cuboctahedron and icosahedron were prepared. The effect of the reaction time, temperature and different Cu ion and sulfur sources on the formation of CuS CPSs were investigated and a possible formation mechanism was proposed and discussed based on gas chromatography–mass spectrometry. More importantly, we found, for the first time, that the CuS CPSs exhibit intrinsic peroxidase-like activity, as they can quickly catalyze the oxidation of typical horseradish peroxidase (HRP) substrates, 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) and o-phenylenediamine (OPD), in the presence of hydrogen peroxide. In addition to the recent discoveries regarding peroxidase mimetics on Fe3O4 NPs and carbon nanostructures, our findings suggest a new kind of candidate for peroxidase mimics. This may open up a new application field of CuS micro–nano structures in biodetection, biocatalysis and environmental monitoring.

In this paper, the design, synthesis, and measurement of a new and hierarchically structured series of NixCo1-xS1.097 electroactive materials are reported. The materials were synthesized through an ion-exchange process using hierarchically structured CoS1.097 as precursors, and a strategy utilizing the synergistic effect of double metal ions was developed. Two complementary metal ions were used to enhance the performance of electrode materials. The specific capacitance of the electroactive materials was continuously improved by increasing the nickel ion content, and the electric conductivity was also enhanced when the cobalt ion was varied. Experimental results showed that the nickel ion content in NixCo1-xS1.097 could be adjusted from x = 0 to 0.48. Specifically, when x = 0.48, the composite exhibited a remarkable maximum specific capacitance approximately 5 times higher than that of the CoS1.097 precursors at a current density of 0.5 A g(-1). Furthermore, the specific capacitance of Ni0.48Co0.52S1.097 electrodes that were modified with reduced graphene oxide could reach to 1152 and 971 F g(-1) at current densities of 0.5 and 20 A g(-1) and showed remarkably higher electrochemical performance than the unmodified electrodes because of their enhanced electrical conductivity. Thus, the strategy utilizing the synergistic effect of double metal ions is an alternative technique to fabricate high-performance electrode materials for supercapacitors and lithium ion batteries.